සොබාදහමේ නැනෝ තාක්ෂණය

නැනෝ තාක්ෂණය යනු සාපේක්ෂ ව මෑතකාලීන ව ලොව පුරා ම අවධානයට, සාකච්ඡාවට ලක් වී ඇති ක්ෂේත්‍රයකි. බොහෝ නැනොතාක්ෂණික අංගයන් මිනිසා විසින් කෘතීම ව නිමවා ඇතත් පෙරසිට ම ස්වභාවධර්මය සැබවින් ම නැනෝ ප්‍රමාණනීය ව්‍යුහයන්ගෙන් පොහොසත් ව සිටියේ ය. සයනෝබැක්ටීරියාවේ සිට දියුණු ශාක දක්වා, කෘමීන්ගේ සිට ක්ෂීරපායීන් දක්වා, ජීවීන්ගේ මූලික ක්‍රියාවලීන් රාශියකට මෙම නැනෝ ව්‍යුහයන් සහාය වෙමින් පවතී. යථාර්ථය නම්, නැනෝ විද්‍යාව පිළිබඳ සංකල්ප වසර මිලියන 500 කට වඩා පැරණි ස්වභාවික ආකෘතීන් සඳහා සාර්ථක ව යොදා ගෙන ඇත. මානව තාක්ෂණයේ නවතම රැල්ල දියුණු කරන විට විද්‍යාඥයන් විසින් උකහා ගත හැකි අදහස් කිහිපයක් පමණක් මෙහි දැක්වේ.

සත්ත්ව ලෝකය තුළ දක්නා නැනෝ-තාක්ෂණය

සත්ත්ව ලෝකයේ නැනෝ තාක්ෂණය බොහෝ පැති සඳහා ස්වභාවික ව භාවිත වන අතර බොහෝ විට නැනෝ ව්‍යූහයන් සතුන් තුළ දැකිය හැකි වන්නේ ව්‍යුහාත්මක වර්ණ (structural colours) ලබා දීම සහ චලනය සඳහා යොදා ගැනීමටයි.

ව්‍යුහාත්මක වර්ණ ඩයි (dyes) හෝ වර්ණක (pigments) වැනි අනෙකුත් සාම්ප්‍රදායික වර්ණක වලින් වෙනස් වේ. මේවා බොහෝ දුරට ආලෝකය අවශෝෂණය (light absorption) මත පදනම් වන අතර, ව්‍යුහාත්මක වර්ණය ආලෝකය විසිරීම (light scattering) මත පදනම් වේ. එය විශේෂිත ආලෝක තරංග පරාවර්තනය කරන මයික්‍රො සහ නැනෝ ව්‍යුහයන්ගෙන් ලබාගත් වර්ණයකි. ද්‍රව්‍යයක් සියුම් සමාන්තර ව්‍යුහයන්, සමාන්තර තුනී ස්ථර වලින් සෑදූණු විට හෝ තරංග ආයාමයේ පරිමාණයට සාපේක්ෂ ව ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයන්ගෙන් සමන්විත වූ විට මෙම වර්ණ ඇති වේ. මෙම සමහර විට ගතික පරාවර්තනය එහි ස්වභාවික ආලෝක පරිසරය තුළ ජීවියාගේ අරමුණ සඳහා සකස් කර ඇත. කුතුහලය දනවන ෆෝටෝනික ස්ඵටික (photonic crystals) කුරුමිණියන්ගේ තටු සහ සන්නාහ, සමනලුන්ගේ කොරපොතු, කුරුල්ලන්ගේ පිහාටු, සාගර සතුන්ගේ කවචයන් හෝ උරගයින්ගේ සම තුළ පවා හඳුනාගෙන ඇත.

කෘමීන් ඔවුන්ගේ විචිත්‍රවත් වර්ණ ලබා ගන්නේ ෆෝටෝනික ස්ඵටික අරාවකිනි (photonic crystal arrays). ස්ඵටික තල අතර ඇති සිදුරුවල පළල (slit width) යම් වර්ණ උත්පාදනය කිරීම සඳහා ආලෝකය පාලනය කිරීමට සැලසුම් කර ඇති අතර ඒවා  “chitosan ” වැනි කාබෝහයිඩ්රේට හෝ  “keratein”  වැනි ප්‍රෝටීනවලින් සැදී ඇත. බොහෝමයක් වර්ණක මත පදනම් වූ වර්ණවත් පෘෂ්ඨ සූර්්‍යාලෝකයට නිරාවරනය වී දීර්ඝ කාලයක් පැවති විට දුර්වර්ණ වේ. නමුත් ව්‍යුහාත්මක වර්ණ විශ්මයජනක ලෙස දිගු කාලයක් වර්ණ තීව්‍රතාව නොවෙනස් ව පවත්වා ගනී. තවත් ලක්ෂණයක් වන්නේ ස්ඵටික තල අතර දුර වෙනස් කිරීමෙන් දේහ පෘශ්ඨ වර්ණය වෙනස් කිරීමේ හැකියාවයි. නැනෝ ව්‍යුහ අතර අවකාෂ පිරී පවතින මාද්‍ය අනූව, ව්‍යුහාත්මක වර්ණයහි ස්වභාවය වෙනස් වේ. එය පහසුවෙන් අධ්‍යනය කිරීමට එවැනි නිදර්ශකයක් ජලයේ ගිල්වා පසු වර්ණය පරීක්ෂා කළ හැක. කෘමි සතුන්ගේ පියාපත්වල සමහර කොටස් වායු ඝනත්වයට මෙන් ම උෂ්ණත්වයට ද විශේෂයෙන් සංවේදී වේ. විද්‍යාඥයන් මෙම ව්‍යුහාත්මක වර්ණ උපයෝගී කරගනිමින් ආර්ද්‍රතා සංවේදක (humidity sensors)  හා උෂ්ණත්ව සංවේදක (temperature sensors) සාදයි.

උරගයින් ඔවුන්ගේ සමේ සෛල තුළ මෙලනින් වැනි ස්වභාවික වර්ණක ව්‍යාප්තිය (pigment distribution) වෙනස් කිරීමෙන් සමේ වර්ණය වෙනස් කරයි. සමහර අවස්ථාවල දී උරගයින්ට ඔවුන්ගේ සෛල තුළ ඇති ස්ඵටික සැකැස්ම (photonic crystal structure) වෙනස් කළ හැකි අතර, ඉන් ඔවුන්ගේ සමේ ආලෝකය පරාවර්තනය වන ආකාරය වෙනස් කළ හැකි ය. මෙම ස්ඵටික බෙදාහැරීම් විවිධ වර්ණ ලබා දෙයි. මෙම සතුන්ගෙන් බොහෝ දෙනෙක් මෙම වර්ණ වෙනස් කිරීම භාවිතා කරන්නේ තම භූමියෙන් පිටත සිටින ප්‍රතිවාදීන්ට අනතුරු ඇඟවීමට, විලෝපිකයන්ගෙන් සැඟ වී සිටීමට සහ හිරුගෙන් වැඩි තාපයක් අවශෝෂණය කර ගැනීමට ය.

සමනල තටුවල වර්ණ තීව්‍රතාවය හෝ වර්ණ හටගැනීම් ආලෝකයේ සංඛ්‍යාතය මත රඳා පවතී. මෙම ගුණාංගය සමග, සමනල තටු ව්‍යුහයන් අනුකරණය කරගනිමින් නැනෝ ද්‍රව්‍යවල යෙදුම් කිහිපයක් කළ හැකිය. සමනල පියාපත්වල ඇති නිල් සහ කොළ වර්ණ බොහොමයක් නැනෝ ව්‍යුහයන් නිසා බව හඳුනාගෙන ඇත. මෙම වර්ණ නැනෝමීටර 300-700 පමණ තරංග ආයාමයක් සහිත දෘශ්‍ය පරාසයේ පවතී.

චලනය සඳහා නැනෝ ව්‍යුහයන්

මෝරුන් කුඩා කාටිලේජීය කොරපොතුවලින් ආවරණය වී ඇත. ඒවායේ දත් වැනි ස්වභාවය නිසා denticles හෝ placoid කොරපොතු ලෙසද හැඳින්වේ. වේගයෙන් පිහිනන මෝරුන්ගේ සම, ජලය ගලන දිශාවට පෙළගස්වා ඇති නැනෝව්‍යුහයන් පෙන්නුම් කරන අතර එය කැළඹිලි සහිත ප්‍රවාහයන් තුළ දී සම මත ඇති කරන ඝර්ෂණ අඩු කරයි. මෙම මෝර-සමේ බලපෑම නම් වැඩි වේගයකින් පිහිනීමේ දී තරල ඝර්ෂණ අඩු කිරීම සහ එහි මතුපිට ජෛව දූෂණයට එරෙහිව ආරක්ෂා කිරීමයි. ක්ෂුද්‍ර ජීවීන්ගේ ව්‍යාප්තියට හා වර්ධනයට එරෙහි ව සටන් කිරීමටත්, කිමිදුම්කරුවන්ට සහ පිහිනන්නන් සඳහා කැළඹිලි සහිත සමේ ඝර්ෂණයකින් තොර ව පිහිනුම් ආම්පන්න නිෂ්පාදනය කිරීමටත් විද්‍යාඥයෝ මෙම මෝර කොරල වැනි නැනොව්‍යුහයන්ගෙන් සෑදුණු කෘතීම පෘෂ්ඨ සංවර්ධනය කරමින් සිටිති.

හූනන් හට සිරස් පෘෂ්ඨ මත පහසුවෙන් ගමන් කිරීමට අද්විතීය හැකියාවක් තිබේ. මෙමගින් ඔවුන්ගේ ඇඟිලි පෘෂ්ඨ මතුපිටට ශක්තිමත් ලෙස සම්බන්ධ වීම සහ පහසුවෙන් ඉවත් කිරීම සිදුකළ හැක. Setae සහ Spatulae ලෙස හඳුන්වන ඔවුන්ගේ ඇඟිලිවල මිලියන ගණනක නැනෝ පරිමාණ කෙදිති පවතින අතර ඒවා මගින් හටගන්නා ආකර්ෂණ-බල නිසා ඔවුන්ට මෙම හැකියාව ලැබී ඇත. මේවා මගින් හූනාගේ පාද වල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය වැඩි කෙරන අතර එමගින් අනෙකුත් පෘෂ්ඨවලට “ඝර්ෂණ ඇලවුමක්” නිර්මාණය කරයි. මෙම ඝර්ෂණ ඇලවුම වැන්ඩර්-වාල්ස් ආකර්ෂණය බල හේතුවෙන් හට ගන්නා අතර, සියලු ම රසායනික ද්‍රව්‍ය අතර පවතින දුර්වල ආකර්ෂණය බලයන් වේ. හූනන් ඔවුන්ගේ ඇඟිලිවල ඇති මිලියන ගණනක නැනෝ කෙඳිති මෙම ශක්තිමත් ඇලවීම සඳහා භාවිතා කරනු ලබන අතර දේහ බර ඝර්ෂණ බලය වැඩි කර ගැනීමට භාවිතා කරයි.

අපගේ ඇඟිලි මතුපිට ඇති සංකීර්ණ රටාවන් ඇඟිලිවල පෘෂ්ඨ ප්‍රමාණය වැඩි කරයි. එමඟින් අපට දේවල් ග්‍රහණය කර ගැනීමට සහ අල්ලා ගැනීමට පහසු වේ. හූනන්ගේ මෙම ගුණාංග අනුකරණය කිරීමේ උත්සාහයක් ලෙස, විද්‍යාඥයන් හා ඉංජිනේරුවන් විසින් වීදුරුවලට ඇලවිය හැකි සහ පුද්ගලයෙකුගේ බරට ඔරොත්තු දිය හැකි පාලනයකට යටත් ඇලවුම් පද්ධති (controllable adhesive system) නිර්මාණය කර ඇත.

ශාක තුළ දක්නා නැනෝ-තාක්ෂණය

නෙළුම් පත්‍ර අතිශයින් ජල විකර්ෂක ගුණ විදහා දක්වයි. මෙය පත්‍රයට විශිෂ්ට ස්වයං පිරිසිදු කිරීමේ ගුණයක් ලබා දේ. නෙළුම් කොළ මතුපිට මෙම විශිෂ්ට ජල විකර්ෂක ගුණය සක්‍රීය වන්නේ කෙසේ ද? මෙයට හේතුව වන්නේ පත්‍ර මතුපිට ඇති ක්ෂුද්‍ර හා නැනෝ ව්‍යුහයන් ය. ඒවා මගින් ජලය තමා වෙතට ආකර්ෂණය සහ වාතය සහ ඝන පෘෂ්ඨයන් වෙත ආකර්ෂණය වීම වෙනස් කරයි.

රළු මතුපිටවල ඇති කුඩා අවකාශවලට ජලය දුර්වල ලෙස ආකර්ෂණය වේ. මෙම කුඩා අවකාශ බාධක ලෙස ක්‍රියා කරයි. ඉන් ජලය යටින් ඇති ඝන පෘෂ්ඨය සමග අන්තර් ක්‍රියා කිරීම වැළැකෙයි. එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන්, ජලය තමා වෙත ආකර්ෂණය කර ගැනීම නෙළුම් පත්‍ර මතුපිටට ඇති ආකර්ෂණය අභිබවා ගොස් පත්‍රය පුරා පැතිරී තෙත් කිරීම වෙනුවට පත්‍රය මත පෙරළෙන කුඩා ජල බිඳිති සාදයි.

එසේ නම් මෙය ස්වයං පිරිසිදු කිරීමට හේතු වන්නේ කෙසේද? ජල බිඳිති ඝන පත්‍ර මතුපිට සමග අන්තර්ක්‍රියා කිරීමෙන් වැළැකෙයි. නමුත් එය අපිරිසිදු අනෙකුත් අසල ඇති ඝන ද්‍රව්‍ය සමග අන්තර් ක්‍රියා කිරීමෙන් වළක්වන්නේ නැත. නෙළුම් පත්‍රයේ කුණු ජල බිදිති මගින් ඇහිඳ ගන්නේ ජල බිඳිතිවලට වඩා කුණු ජල බිඳුවට ආකර්ෂණය වන බැවිනි. එම නිසා ජල බිඳුව කොළයෙන් පෙරළෙන විට පෘෂ්ඨය  පිරිසිදු වේ.

ක්ෂද්‍ර ජීවී ලෝකයේ නැනෝ තාක්ෂණය

වෛරසද නැනෝ ව්‍යුහයන් ය. මේවා ජෙනෝමයකින් සහ ප්‍රෝටීන කැප්සුලයකින් සෑදී ඇති අතර ජෙනෝමය න්‍යෂ්ටික අම්ල වන DNA හා RNAවලින් සමන්විත වේ.

බොහෝ වෛරසවල විශාලත්වය 20-500 nm අතර වේ. මෙම නැනෝ මානයන් නිසා වෛරස ස්වභාවික ව ඇති නැනෝ අංශු ලෙස සැලකේ. මේ හේතුවෙන්, වෛරස පිළිබඳ අධ්‍යනය නැනෝ විද්‍යාව සහ නැනෝ ඉංජිනේරු විෂයයන්වලට යටත් ව ඇති නැගී එන විෂය පථයක් ලෙස පෙන්වා දිය හැකි ය. වෛරස නැනෝ ව්‍යුහයන් ජෛව වෛද්‍ය (bio-medical) යෙදවුම් සඳහා යොදාගන්නා නැනෝ අංශු ප්‍රභවයක් ලෙස භාවිතා කරයි.

ජ්‍යෙශ්ඨ විද්‍යාඥ, ආචාර්ය යසුන් කන්නන්ගර
ශ්‍රී ලංකා නැනෝ තාක්ෂණ ආයතනය